JP2022174485A - Method and device for measuring concentration of cellulose nanofiber in semi-permeable membrane, and method for manufacturing semi-permeable composite membrane - Google Patents

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Abstract

To provide a method for measuring the concentration of cellulose nanofiber in a semi-permeable membrane with a non-destructive and simple method.SOLUTION: For a semi-permeable composite membrane obtained by providing, on a porous support formed of polysulfone, a semi-permeable membrane containing cellulose nanofiber in a concentration of more than 0 mass% and 30 mass% or less, a measuring method measures the concentration of cellulose nanofiber in the semi-permeable membrane. The measuring method includes a calibration curve creation step, an analysis step, and a calculation step. The calibration curve creation step includes determining, for a sample of the semi-permeable composite membrane including cellulose nanofiber, the concentration of cellulose nanofiber in the semi-permeable membrane based on the amount of at least aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofiber used for preparation of the sample, irradiating with an infrared ray from the semi-permeable membrane side to analyze in advance an infrared absorption spectrum related to the porous support, and creating a calibration curve indicating the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofiber and the infrared absorption spectrum.SELECTED DRAWING: Figure 7

Description

本発明は、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法及び測定装置並びに半透複合膜の製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane, and a method for producing a semipermeable composite membrane.

セルロースナノファイバーを含む半透複合膜及びその製造方法の発明が提案されている(特許文献1)。半透膜中におけるセルロースナノファイバーの濃度を測定することは困難であるため、特許文献1では、半透複合膜を作製する際に用いる溶液におけるセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中におけるセルロースナノファイバーの濃度を算出している。 An invention of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers and a method for producing the same has been proposed (Patent Document 1). Since it is difficult to measure the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane, in Patent Document 1, based on the amount of cellulose nanofibers in the solution used when producing the semipermeable composite membrane, The concentration of cellulose nanofibers is calculated.

国際公開第2019/235441A1号公報International Publication No. 2019/235441A1

しかしながら、現在のところ製造された半透膜におけるセルロースナノファイバーの濃度を測定することは困難である。 However, it is currently difficult to measure the concentration of cellulose nanofibers in manufactured semipermeable membranes.

そこで、本発明は、非破壊による簡易な方法で半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法及び測定装置並びに半透複合膜の製造方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane and a method for producing a semipermeable composite membrane by a simple non-destructive method.

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することができる。 The present invention has been made to solve at least part of the above problems, and can be implemented as the following aspects or application examples.

[1]本発明に係る半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法の一態様は、
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する方法であって、
セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析し、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線を作成する検量線作成工程と、
分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析工程と、
前記分析工程で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜に含まれるセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出工程と、
を含むことを特徴とする。
[1] One aspect of the method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane according to the present invention is
A semipermeable composite membrane comprising a porous support made of polysulfone and a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and not more than 30% by mass, wherein the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane are A method of measuring concentration, comprising:
For a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used in the preparation of the sample, and the semipermeable membrane is a calibration curve creating step of preliminarily analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support by irradiating infrared rays from the side and creating a calibration curve showing the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum;
an analysis step of irradiating the semipermeable composite membrane to be analyzed with infrared rays from the semipermeable membrane side to analyze the infrared absorption spectrum of the porous support;
a calculation step of calculating the concentration of cellulose nanofibers contained in the semipermeable membrane to be analyzed based on the calibration curve from the infrared absorption spectrum obtained in the analysis step;
characterized by comprising

[2]前記測定方法の一態様において、
前記検量線作成工程では、前記対応関係が、セルロースナノファイバーの濃度と、1486cm-1±10cm-1の範囲内にある基準吸収ピークに対する1237cm-1±
10cm-1の範囲内にある第1吸収ピーク、1148cm-1±10cm-1の範囲内にある第2吸収ピーク、及び1104cm-1±10cm-1の範囲内にある第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比との関係であり、かつ、
前記算出工程では、前記分析工程によって得られた赤外吸収スペクトルから、前記基準吸収ピークに対する前記第1吸収ピーク、前記第2吸収ピーク及び前記第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比を求め、前記検量線に基づいて、セルロースナノファイバーの濃度の算出が行われることができる。
[2] In one aspect of the measurement method,
In the calibration curve creation step, the correspondence relationship is the concentration of cellulose nanofibers and 1237 cm −1 ±
at least one of a first absorption peak within 10 cm −1 , a second absorption peak within 1148 cm −1 ±10 cm −1 , and a third absorption peak within 1104 cm −1 ±10 cm −1 is the relationship between the intensity ratios of the two absorption peaks, and
In the calculating step, from the infrared absorption spectrum obtained in the analyzing step, the intensity ratio of at least one of the first absorption peak, the second absorption peak and the third absorption peak to the reference absorption peak is calculated. The concentration of cellulose nanofibers can be calculated based on the calibration curve obtained.

[3]本発明に係る測定装置の一態様は、
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する測定装置であって、
セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析して得られた、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線が記憶されている記憶部と、
分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射し、多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析部と、
前記分析部で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出部と、
を含むことを特徴とする。
[3] One aspect of the measuring device according to the present invention is
A semipermeable composite membrane comprising a porous support made of polysulfone and a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and not more than 30% by mass, wherein the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane are A measuring device for measuring concentration,
For a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used in the preparation of the sample, and the semipermeable membrane is A memory storing a calibration curve indicating the correspondence between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum, which is obtained by irradiating infrared rays from the side and analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support in advance. Department and
an analysis unit that irradiates the semipermeable composite membrane to be analyzed with infrared rays from the semipermeable membrane side and analyzes the infrared absorption spectrum of the porous support;
a calculation unit that calculates the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane to be analyzed based on the calibration curve from the infrared absorption spectrum obtained by the analysis unit;
characterized by comprising

[4]本発明に係る半透複合膜の製造方法の一態様は、
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーを含む半透膜を形成し、
前記多孔性支持体上に前記半透膜が形成された半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を上記測定方法の態様により測定し、
所定のセルロースナノファイバーの濃度の半透膜を有する半透複合膜を得ることを特徴とする。
[4] One aspect of the method for producing a semipermeable composite membrane according to the present invention is
Forming a semipermeable membrane containing cellulose nanofibers on a porous support made of polysulfone,
With respect to the semipermeable composite membrane in which the semipermeable membrane is formed on the porous support, the concentration of the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is measured according to the above measuring method,
A semipermeable composite membrane having a predetermined concentration of cellulose nanofibers is obtained.

本発明に係る測定方法の一態様によれば、非破壊による簡易な方法で半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を測定することができる。また、本発明の測定装置によれば、非破壊による簡易な方法で半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を測定することができる。さらに、本発明の半透複合膜の製造方法によれば、セルロースナノファイバーの濃度が測定された半透複合膜を製造することができる。 According to one aspect of the measuring method of the present invention, the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane can be measured by a simple non-destructive method. Moreover, according to the measuring device of the present invention, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane can be measured by a simple non-destructive method. Furthermore, according to the method for producing a semipermeable composite membrane of the present invention, a semipermeable composite membrane in which the concentration of cellulose nanofibers has been measured can be produced.

半透複合膜を模式的に示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view schematically showing a semipermeable composite membrane; FIG. 一実施形態に係る測定方法を説明するフローチャートである。It is a flow chart explaining a measuring method concerning one embodiment. 一実施形態に係る測定方法に用いる測定装置の全体構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing the overall configuration of a measuring device used in a measuring method according to one embodiment; FIG. 減衰全反射フーリエ変換赤外分光測定(FTIR-ATR)の概略説明図である。1 is a schematic illustration of Attenuated Total Reflectance Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR-ATR); FIG. セルロースナノファイバーを含有する半透複合膜の試料における赤外吸収スペクトルとセルロースナノファイバーを含有しない半透複合膜の試料における赤外吸収スペクトルを示す図である。FIG. 2 shows infrared absorption spectra of a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers and an infrared absorption spectrum of a sample of a semipermeable composite membrane containing no cellulose nanofibers. セルロースナノファイバーの濃度と第1吸収ピークの強度比の関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the intensity ratio of the first absorption peak. セルロースナノファイバーの濃度と第1吸収ピークの強度比の関係を最小二乗法による回帰直線で示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the intensity ratio of the first absorption peak using a regression line obtained by the least squares method. セルロースナノファイバーの濃度と第2吸収ピークの強度比の関係を最小二乗法による回帰直線で示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the intensity ratio of the second absorption peak by a regression line obtained by the method of least squares. セルロースナノファイバーの濃度と第3吸収ピークの強度比の関係を最小二乗法による回帰直線で示す図である。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the intensity ratio of the third absorption peak using a regression line obtained by the method of least squares.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below do not unduly limit the scope of the invention described in the claims. Moreover, not all the configurations described below are essential constituent elements of the present invention.

本実施形態に係る半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法の一態様は、ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する方法であって、セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析し、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線を作成する検量線作成工程と、分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析工程と、前記分析工程で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜に含まれるセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出工程と、を含むことを特徴とする。 One aspect of the method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane according to the present embodiment is that the concentration of cellulose nanofibers is more than 0% by mass and 30% by mass or less on a porous support made of polysulfone. A method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable composite membrane provided with a semipermeable membrane, comprising: a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers; The concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used, and the infrared absorption spectrum of the porous support is obtained by irradiating infrared rays from the semipermeable membrane side. A calibration curve creation step of analyzing in advance and creating a calibration curve showing the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum, and the semipermeable composite membrane to be analyzed is irradiated with infrared rays from the semipermeable membrane side. An analysis step of analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support, and from the infrared absorption spectrum obtained in the analysis step, based on the calibration curve, the cellulose nanofibers contained in the semipermeable membrane to be analyzed. and a calculating step of calculating the concentration.

A.半透複合膜
図1は、半透複合膜100を模式的に示す縦断面図である。
A. Semipermeable Composite Membrane FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a semipermeable composite membrane 100 .

半透複合膜100は、多孔性支持体102上に半透膜104が設けられる。多孔性支持体102は、少なくとも一方の面を半透膜104によって覆われる。半透膜104は、架橋ポリアミド120(以下、架橋芳香族ポリアミドの例について説明するが、これに限られるものではない)とセルロースナノファイバー110とを含む。半透膜104の表面105は、全体が架橋芳香族ポリアミド120によって覆われる。半透複合膜100は、セルロースナノファイバー110を含むことにより環境負荷を低減することができる。 A semipermeable composite membrane 100 comprises a semipermeable membrane 104 provided on a porous support 102 . The porous support 102 is covered with a semipermeable membrane 104 on at least one side. The semipermeable membrane 104 includes a crosslinked polyamide 120 (an example of crosslinked aromatic polyamide will be described below, but not limited thereto) and cellulose nanofibers 110 . The surface 105 of the semipermeable membrane 104 is entirely covered with a crosslinked aromatic polyamide 120 . The semipermeable composite membrane 100 can reduce the environmental load by including the cellulose nanofibers 110 .

半透膜104は、架橋芳香族ポリアミド120中に、セルロースナノファイバー110を含む。半透膜104は、架橋芳香族ポリアミド120がマトリクスとなり、隣接する解繊されたセルロースナノファイバー110の間が架橋芳香族ポリアミド120で満たされている。なお、半透膜104を走査型透過電子顕微鏡(Scanning Transmission Electron Microscope(STEM))を用いて分析することによりセルロースナノファイバー110の存在を検出することができる。 Semipermeable membrane 104 comprises cellulose nanofibers 110 in crosslinked aromatic polyamide 120 . The semipermeable membrane 104 has a matrix of the crosslinked aromatic polyamide 120 , and the space between adjacent defibrated cellulose nanofibers 110 is filled with the crosslinked aromatic polyamide 120 . The presence of the cellulose nanofibers 110 can be detected by analyzing the semipermeable membrane 104 using a scanning transmission electron microscope (STEM).

本発明において、「セルロースナノファイバー」とは、天然セルロース繊維及び/又は酸化セルロース繊維をナノサイズレベルまで解きほぐしたものであり、特に繊維径の平均値が3nm~200nmであることができ、さらに3nm~150nmであることができ、特に3nm~100nmのセルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束であることができる。すなわち、セルロースナノファイバー110は、シングルセルロースナノファイバー単体、またはシングルセルロースナノファイバーが複数本集まった束を含むことができる。ここで本明細書において「~」で示す数値範囲は上限と下
限を含む。
In the present invention, “cellulose nanofibers” refer to natural cellulose fibers and/or oxidized cellulose fibers that have been unraveled to the nano-size level, and in particular, the average fiber diameter can be 3 nm to 200 nm, and further 3 nm. ˜150 nm, in particular cellulose microfibrils and/or cellulose microfibril bundles of 3 nm to 100 nm. That is, the cellulose nanofiber 110 can include a single cellulose nanofiber or a bundle of multiple single cellulose nanofibers. In this specification, the numerical range indicated by "-" includes an upper limit and a lower limit.

セルロースナノファイバー110のアスペクト比(繊維長/繊維径)は、平均値で、10~1000であることができ、さらに10~500であることができ、特に100~350であることができる。 The average aspect ratio (fiber length/fiber diameter) of the cellulose nanofibers 110 can be 10-1000, more preferably 10-500, and particularly 100-350.

半透膜104の厚みは、10nm以上200nm以下であることができ、さらに10nm以上150nm以下であることができる。半透膜104の厚さが10nm以上であれば膜厚より細い例えば繊維径が3nm程度のセルロースナノファイバー110によって半透膜104を補強することが可能となる。半透膜104の厚さが150nm以下であれば半透膜104を半透膜に用いた場合に実用的な水透過流束が得られると推測される。 The thickness of the semi-permeable film 104 can be 10 nm or more and 200 nm or less, and further can be 10 nm or more and 150 nm or less. If the thickness of the semipermeable membrane 104 is 10 nm or more, it becomes possible to reinforce the semipermeable membrane 104 with cellulose nanofibers 110 that are thinner than the membrane thickness, for example, with a fiber diameter of about 3 nm. If the thickness of the semipermeable membrane 104 is 150 nm or less, it is presumed that a practical water permeation flux can be obtained when the semipermeable membrane 104 is used as the semipermeable membrane.

半透複合膜100は、セルロースナノファイバー110の補強効果により耐圧性に優れるため、比較的高い操作圧力でも使用することができる。操作圧力を高くできることは半透膜104を半透膜として用いた場合に水透過流束を高くすることに貢献する。また、セルロースナノファイバー110を含む半透膜104を用いることにより半透複合膜100の耐ファウリング特性が芳香族ポリアミド単体の半透膜を用いた複合膜に比べて向上することが推測される。 Since the semipermeable composite membrane 100 has excellent pressure resistance due to the reinforcing effect of the cellulose nanofibers 110, it can be used even under relatively high operating pressures. Being able to increase the operating pressure contributes to increasing the water permeation flux when the semipermeable membrane 104 is used as the semipermeable membrane. In addition, it is presumed that the use of the semipermeable membrane 104 containing the cellulose nanofibers 110 improves the anti-fouling property of the semipermeable composite membrane 100 compared to a composite membrane using a semipermeable membrane of aromatic polyamide alone. .

多孔性支持体102は、半透膜104に力学的強度を与えるために設けられる。多孔性支持体102は、実質的には分離性能を有さなくてもよい。 A porous support 102 is provided to give mechanical strength to the semipermeable membrane 104 . The porous support 102 may have substantially no separation capability.

多孔性支持体102としては、公知の半透複合膜の多孔性支持体を適用することができる。例えば、特許第5120006号公報に記載されている多孔性支持体を採用することができる。 As the porous support 102, a known porous support of a semipermeable composite membrane can be applied. For example, a porous support described in Japanese Patent No. 5120006 can be employed.

多孔性支持体102の厚さは、10μm~200μmであることができ、さらに30μm~100μmが好ましい。多孔性支持体102は、対称構造でも非対称構造でもよいが、薄膜の支持機能と通液性を両立させる上で、非対称構造であることができる。 The thickness of the porous support 102 can be from 10 μm to 200 μm, preferably from 30 μm to 100 μm. The porous support 102 may have either a symmetrical structure or an asymmetrical structure, but may have an asymmetrical structure in order to achieve both the support function of the thin film and the liquid permeability.

多孔性支持体102は、表面から裏面にわたって微細な孔を有する。多孔性支持体102における半透膜104が形成される側面の平均孔径は、0.1nm以上100nm以下であることができ、当該側面の大部分が直径数十nm以下であることができる。多孔性支持体102は織布、不織布等による裏打ちにて補強されていてもよい。 The porous support 102 has fine pores from the front surface to the back surface. The average pore size of the side surface of the porous support 102 on which the semipermeable membrane 104 is formed can be 0.1 nm or more and 100 nm or less, and most of the side surface can have a diameter of several tens of nm or less. The porous support 102 may be reinforced with a woven fabric, non-woven fabric, or the like.

半透膜104におけるセルロースナノファイバー110の濃度は、0質量%を超え30質量%以下である。当該濃度が30質量%以下であれば、本実施形態に係る測定方法を適用することができ、特に濃度が30質量%を超える均質な半透膜104を製造することが難しいため現実的に生産可能な半透膜104の濃度範囲をカバーできる。また、例えば、半透膜104におけるセルロースナノファイバー110の濃度は、0.2質量%以上18質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以上18質量%以下であることがより好ましく、さらに0.35質量%以上18質量%以下であることが好ましい。セルロースナノファイバー110の含有量が0.2質量%以上であれば芳香族ポリアミド単体の半透膜に比べ高い透水性が得られる。セルロースナノファイバー110の含有量が0.2質量%以上であれば半透膜104の算術平均高さ(Sa)が小さくなるため芳香族ポリアミド単体の半透膜に比べ耐有機ファウリング特性が向上すると推測できる。本発明者の実験によればセルロースナノファイバー110の含有量が18質量%以下であれば、セルロースナノファイバーの水分散液を塗布し易く半透複合膜100の製造が容易である。半透膜104におけるセルロースナノファイバー110の含有量は、界面重合の反応式から求められる。当該含有量の測定方法については後述する。 The concentration of cellulose nanofibers 110 in semipermeable membrane 104 is more than 0% by mass and 30% by mass or less. If the concentration is 30% by mass or less, the measurement method according to the present embodiment can be applied, and in particular, it is difficult to produce a homogeneous semipermeable membrane 104 with a concentration exceeding 30% by mass. A range of possible semipermeable membrane 104 concentrations can be covered. Further, for example, the concentration of the cellulose nanofibers 110 in the semipermeable membrane 104 is preferably 0.2% by mass or more and 18% by mass or less, more preferably 0.3% by mass or more and 18% by mass or less, Furthermore, it is preferable that it is 0.35 mass % or more and 18 mass % or less. If the content of the cellulose nanofibers 110 is 0.2% by mass or more, a higher water permeability can be obtained than a semipermeable membrane made of aromatic polyamide alone. If the content of the cellulose nanofibers 110 is 0.2% by mass or more, the arithmetic mean height (Sa) of the semipermeable membrane 104 is small, so the organic fouling resistance is improved compared to the semipermeable membrane of aromatic polyamide alone. You can guess. According to experiments by the present inventors, when the content of cellulose nanofibers 110 is 18% by mass or less, the aqueous dispersion of cellulose nanofibers can be easily applied, and the semipermeable composite membrane 100 can be easily manufactured. The content of the cellulose nanofibers 110 in the semipermeable membrane 104 is obtained from the interfacial polymerization reaction formula. A method for measuring the content will be described later.

半透複合膜100によって分離する溶液の種類としては、例えば、高濃度かん水、海水、濃縮海水などがある。 Examples of types of solutions separated by the semipermeable composite membrane 100 include highly concentrated brine, seawater, and concentrated seawater.

半透複合膜は、例えば、スパイラル、チューブラー、プレート・アンド・フレームのエレメントに組み込んで、また中空糸は束ねた上でエレメントに組み込んで使用することができる。 Semipermeable composite membranes can be used by incorporating them into, for example, spiral, tubular, and plate-and-frame elements, and hollow fibers can be bundled and incorporated into elements.

半透複合膜100についての、ファウリングによって低下した水透過流束の回復については後述する。 Regarding the semipermeable composite membrane 100, the restoration of the water permeation flux that has been reduced due to fouling will be described later.

B.原料
まず、半透複合膜の製造方法に用いる各原料について説明する。
B. Raw Materials First, each raw material used in the method for producing a semipermeable composite membrane will be described.

B-1.セルロースナノファイバー
セルロースナノファイバーは、天然セルロース繊維及び/又は酸化セルロース繊維をナノサイズレベルまで解きほぐしたものであり、特に繊維径の平均値が3nm~200nmであることができ、さらに3nm~150nmであることができ、特に3nm~100nmのセルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束であることができる。すなわち、セルロースナノファイバーは、シングルセルロースナノファイバー単体、またはシングルセルロースナノファイバーが複数本集まった束を含むことができる。
B-1. Cellulose nanofibers Cellulose nanofibers are natural cellulose fibers and/or oxidized cellulose fibers that have been unraveled to the nano-size level, and in particular, the average fiber diameter can be 3 nm to 200 nm, and more preferably 3 nm to 150 nm. cellulose microfibrils and/or cellulose microfibril bundles from 3 nm to 100 nm. That is, the cellulose nanofiber can include a single cellulose nanofiber or a bundle of a plurality of single cellulose nanofibers.

セルロースナノファイバーのアスペクト比(繊維長/繊維径)は、平均値で、10~1000であることができ、さらに10~500であることができ、特に100~350であることができる。 The average aspect ratio (fiber length/fiber diameter) of the cellulose nanofibers may be 10-1000, more preferably 10-500, particularly 100-350.

セルロースナノファイバーは、セルロースナノファイバー水分散液として提供される。水分散液は、酸化セルロース繊維を含んでもよい。セルロースナノファイバーは木材などのパルプを原料とするバイオマスであるため、セルロースナノファイバーを有効利用することによって環境負荷低減が期待される。 Cellulose nanofibers are provided as a cellulose nanofiber aqueous dispersion. The aqueous dispersion may contain oxidized cellulose fibers. Cellulose nanofibers are biomass made from pulp such as wood, and effective use of cellulose nanofibers is expected to reduce environmental impact.

B-2.セルロースナノファイバー水分散液の製造方法
セルロースナノファイバーを含む水分散液は、例えば天然セルロース繊維を酸化して酸化セルロース繊維を得る酸化工程と、酸化セルロース繊維を微細化処理する微細化工程とを含む製造方法によって得ることができる。酸化セルロース繊維を含む水分散液は、例えば天然セルロース繊維を酸化して酸化セルロース繊維を得る酸化工程により製造することができる。
B-2. Method for Producing Aqueous Dispersion of Cellulose Nanofibers An aqueous dispersion containing cellulose nanofibers includes, for example, an oxidation step of oxidizing natural cellulose fibers to obtain oxidized cellulose fibers, and a refining step of refining the oxidized cellulose fibers. It can be obtained by a manufacturing method. An aqueous dispersion containing oxidized cellulose fibers can be produced, for example, by an oxidation process in which natural cellulose fibers are oxidized to obtain oxidized cellulose fibers.

まず、酸化工程は、原料となる天然セルロース繊維に対して水を加え、ミキサー等で処理して、水中に天然セルロース繊維を分散させたスラリーを調製する。ここで、天然セルロース繊維としては、例えば、木材パルプ、綿系パルプ、バクテリアセルロース等が含まれる。より詳細には、木材パルプとしては、例えば針葉樹系パルプ、広葉樹系パルプ等を挙げることができ、綿系パルプとしては、コットンリンター、コットンリントなどを挙げることができ、非木材系パルプとしては、麦わらパルプ、バガスパルプ等を挙げることができる。天然セルロース繊維は、これらの少なくとも1種以上を用いることができる。 First, in the oxidation step, water is added to natural cellulose fibers as a raw material and treated with a mixer or the like to prepare slurry in which natural cellulose fibers are dispersed in water. Here, the natural cellulose fibers include, for example, wood pulp, cotton pulp, bacterial cellulose, and the like. More specifically, examples of wood pulp include softwood pulp and hardwood pulp, examples of cotton pulp include cotton linter and cotton lint, and examples of non-wood pulp include: Straw pulp, bagasse pulp and the like can be mentioned. At least one of these can be used as the natural cellulose fiber.

天然セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリル束とその間を埋めているリグニン及びヘミセルロースから構成された構造を有する。すなわち、セルロースミクロフィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束の周囲をヘミセルロースが覆い、さらにこれをリグニンが覆った構造を有していると推測される。リグニンによってセルロースミクロ
フィブリル及び/又はセルロースミクロフィブリル束間は、強固に接着しており、植物繊維を形成している。そのため、植物繊維中のリグニンはあらかじめ除去されていることが、植物繊維中のセルロース繊維の凝集を防ぐことができるという点で好ましい。具体的には、植物繊維含有材料中のリグニン含有量は、通常40質量%程度以下、好ましくは10質量%程度以下である。また、リグニンの除去率の下限は、特に限定されるものではなく、0質量%に近いほど好ましい。なお、リグニン含有量の測定は、Klason法により測定することができる。
Natural cellulose fibers have a structure composed of bundles of cellulose microfibrils with lignin and hemicellulose filling the spaces between them. That is, it is presumed to have a structure in which cellulose microfibrils and/or cellulose microfibril bundles are surrounded by hemicellulose and further covered by lignin. Cellulose microfibrils and/or cellulose microfibril bundles are strongly adhered by lignin to form plant fibers. Therefore, it is preferable that the lignin in the plant fibers is removed in advance in order to prevent aggregation of the cellulose fibers in the plant fibers. Specifically, the lignin content in the plant fiber-containing material is usually about 40% by mass or less, preferably about 10% by mass or less. Moreover, the lower limit of the removal rate of lignin is not particularly limited, and the closer to 0% by mass, the better. In addition, the measurement of lignin content can be measured by the Klason method.

セルロースミクロフィブリルとしては、繊維径3~4nm程のセルロースミクロフィブリルが最小単位として存在し、これをシングルセルロースナノファイバーと呼ぶことができる。 As cellulose microfibrils, cellulose microfibrils with a fiber diameter of about 3 to 4 nm exist as the minimum unit, and this can be called a single cellulose nanofiber.

次に、酸化工程として、水中においてN-オキシル化合物を酸化触媒として天然セルロース繊維を酸化処理して酸化セルロース繊維を得る。セルロースの酸化触媒として使用可能なN-オキシル化合物としては、例えば、2,2,6,6-テトラメチル-1-ピペリジン-N-オキシル(以下、TEMPOとも表記する)、4-アセトアミド-TEMPO、4-カルボキシ-TEMPO、4-フォスフォノオキシ-TEMPO等を用いることができる。 Next, in the oxidation step, the natural cellulose fibers are oxidized in water using an N-oxyl compound as an oxidation catalyst to obtain oxidized cellulose fibers. Examples of N-oxyl compounds that can be used as cellulose oxidation catalysts include 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-N-oxyl (hereinafter also referred to as TEMPO), 4-acetamido-TEMPO, 4-carboxy-TEMPO, 4-phosphonooxy-TEMPO and the like can be used.

酸化工程後、例えば水洗とろ過を繰り返す精製工程を実施し、未反応の酸化剤や各種副生成物等の、スラリー中に含まれる酸化セルロース繊維以外の不純物を除去することができる。酸化セルロース繊維を含む溶媒は、例えば水に含浸させた状態であり、この段階では酸化セルロース繊維はセルロースナノファイバーの単位まで解繊されていない。溶媒は、水を用いることができるが、例えば、水以外にも目的に応じて水に可溶な有機溶媒(アルコール類、エーテル類、ケトン類等)を使用することができる。 After the oxidation step, for example, a purification step of repeating water washing and filtration can be performed to remove impurities other than the oxidized cellulose fibers contained in the slurry, such as unreacted oxidizing agents and various by-products. The solvent containing the oxidized cellulose fibers is in a state of being impregnated with water, for example, and at this stage the oxidized cellulose fibers have not been defibrated into units of cellulose nanofibers. Although water can be used as the solvent, for example, water-soluble organic solvents (alcohols, ethers, ketones, etc.) can be used in addition to water depending on the purpose.

酸化セルロース繊維は、セルロースナノファイバーの水酸基の一部がカルボキシル基を有する置換基で変性され、カルボキシル基を有する。 Oxidized cellulose fibers have carboxyl groups as a result of modification of some hydroxyl groups of cellulose nanofibers with substituents having carboxyl groups.

酸化セルロース繊維は、繊維径の平均値が10μm~30μmであることができる。なお、酸化セルロース繊維の繊維径の平均値は、電子顕微鏡の視野内の酸化セルロース繊維の少なくとも50本以上について測定した算術平均値である。 The oxidized cellulose fibers can have an average fiber diameter of 10 μm to 30 μm. The average fiber diameter of the oxidized cellulose fibers is the arithmetic average value measured for at least 50 or more oxidized cellulose fibers within the field of view of the electron microscope.

酸化セルロース繊維は、セルロースミクロフィブリルの束であることができる。酸化セルロース繊維は、後述する混合工程および乾燥工程において、セルロースナノファイバーの単位まで解繊されることを要しない。酸化セルロース繊維は微細化工程においてセルロースナノファイバーに解繊することができる。 Oxidized cellulose fibers can be bundles of cellulose microfibrils. The oxidized cellulose fibers do not need to be defibrated into cellulose nanofiber units in the later-described mixing step and drying step. Oxidized cellulose fibers can be defibrated into cellulose nanofibers in a refining process.

微細化工程は、酸化セルロース繊維を水等の溶媒中で撹拌処理することができ、セルロースナノファイバーを得ることができる。 In the refining step, the oxidized cellulose fibers can be stirred in a solvent such as water to obtain cellulose nanofibers.

微細化工程において、分散媒としての溶媒を水とすることができる。また、水以外の溶媒として、水に可溶な有機溶媒、例えば、アルコール類、エーテル類、ケトン類等を単独でまたは組み合わせて使用することができる。 In the micronization step, water can be used as a solvent as a dispersion medium. As solvents other than water, water-soluble organic solvents such as alcohols, ethers, ketones, etc. can be used singly or in combination.

微細化工程における撹拌処理は、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等を用いることができる。 Stirring treatment in the miniaturization step includes, for example, a disaggregator, a beater, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short-screw extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic agitator, and a household juicer mixer. etc. can be used.

また、微細化処理における酸化セルロース繊維を含む溶媒の固形分濃度は、例えば50
質量%以下とすることができる。この固形分濃度が50質量%以下であれば、小さなエネルギーで分散が可能である。
Further, the solid content concentration of the solvent containing the oxidized cellulose fibers in the pulverization treatment is, for example, 50
% by mass or less. If this solid content concentration is 50% by mass or less, dispersion can be achieved with a small amount of energy.

微細化工程によってセルロースナノファイバーを含む水分散液を得ることができる。セルロースナノファイバーを含む水分散液は、無色透明又は半透明な懸濁液であることができる。懸濁液には、表面酸化されると共に解繊されて微細化した繊維であるセルロースナノファイバーが水中に分散されている。すなわち、この水分散液においては、ミクロフィブリル間の強い凝集力(表面間の水素結合)を、酸化工程によるカルボキシル基の導入によって弱め、更に微細化工程を経ることで、セルロースナノファイバーが得られる。そして、酸化工程の条件を調整することにより、カルボキシル基含有量、極性、平均繊維径、平均繊維長、平均アスペクト比等を制御することができる。 An aqueous dispersion containing cellulose nanofibers can be obtained by the micronization process. An aqueous dispersion containing cellulose nanofibers can be a colorless, transparent or translucent suspension. In the suspension, cellulose nanofibers, which are fibers that have been surface-oxidized and fibrillated to make them finer, are dispersed in water. That is, in this aqueous dispersion, cellulose nanofibers can be obtained by weakening the strong cohesive force between microfibrils (hydrogen bonds between surfaces) by introducing carboxyl groups in an oxidation process, and then undergoing a microfibrillation process. . By adjusting the conditions of the oxidation step, the carboxyl group content, polarity, average fiber diameter, average fiber length, average aspect ratio, etc. can be controlled.

このようにして得られた水分散液は、セルロースナノファイバーを0.1質量%~10質量%含むことができる。また、例えば、セルロースナノファイバーの固形分1質量%に希釈した水分散液であることができる。さらに、水分散液は、光透過率が40%以上であることができ、さらに光透過率が60%以上であることができ、特に80%以上であることができる。水分散液の透過率は、紫外可視分光硬度計を用いて、波長660nmでの透過率として測定することができる。 The aqueous dispersion thus obtained can contain 0.1% by mass to 10% by mass of cellulose nanofibers. Alternatively, for example, it may be an aqueous dispersion of cellulose nanofibers diluted to a solid content of 1% by mass. Furthermore, the aqueous dispersion can have a light transmittance of 40% or more, and further can have a light transmittance of 60% or more, and in particular can have a light transmittance of 80% or more. The transmittance of the aqueous dispersion can be measured as the transmittance at a wavelength of 660 nm using an ultraviolet-visible spectrophotometer.

B-3.ポリアミド
ポリアミドは、芳香族系のポリアミドであることができる。半透膜におけるポリアミドは、架橋体である。架橋ポリアミドは、芳香族多官能アミンと多官能酸ハロゲン化物との界面重縮合によって得られる。
B-3. Polyamide Polyamide can be an aromatic polyamide. The polyamide in the semipermeable membrane is crosslinked. Crosslinked polyamides are obtained by interfacial polycondensation of aromatic polyfunctional amines and polyfunctional acid halides.

芳香族系ポリアミドは、芳香族多官能アミン成分を含む。芳香族系ポリアミドは、全芳香族系ポリアミドであることができる。芳香族多官能アミンとしては、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、1,3,5-トリアミノベンゼン、1,2,4-トリアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸、2,4-ジアミノトルエン、2,4-ジアミノアニソール、アミドール、キシリレンジアミン、N-メチル-m-フェニレンジアミンおよびN-メチル-p-フェニレンジアミンからなる群から選択される少なくとも一つの芳香族多官能アミンが好ましく、これらは単独で用いてもよく若しくは2種類以上併用してもよい。性能発現の安定性から、特にm-フェニレンジアミンまたは1,3,5-トリアミノベンゼンが好ましい。 Aromatic polyamides contain an aromatic polyfunctional amine component. The aromatic polyamide can be a wholly aromatic polyamide. Examples of aromatic polyfunctional amines include m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 1,3,5-triaminobenzene, 1,2,4-triaminobenzene, 3,5-diaminobenzoic acid, 2,4- At least one aromatic polyfunctional amine selected from the group consisting of diaminotoluene, 2,4-diaminoanisole, amidole, xylylenediamine, N-methyl-m-phenylenediamine and N-methyl-p-phenylenediamine is preferred. These may be used alone or in combination of two or more. In particular, m-phenylenediamine or 1,3,5-triaminobenzene is preferable from the viewpoint of stability of performance development.

架橋芳香族ポリアミドは、COO、NH 、及びCOOHからなる群から選択される官能基を有することができる。 The crosslinked aromatic polyamide can have functional groups selected from the group consisting of COO , NH 4 + , and COOH.

多官能酸ハロゲン化物とは、一分子中に2個以上のハロゲン化カルボニル基を有する酸ハロゲン化物であり、上記多官能アミンとの反応によりポリアミドを与えるものであれば特に限定されない。多官能酸ハロゲン化物としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、マレイン酸、フマル酸、グルタル酸、1,3,5-シクロヘキサントリカルボン酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、1,3-ベンゼンジカルボン酸、1,4-ベンゼンジカルボン酸等のハロゲン化物を用いることができる。酸ハロゲン化物の中でも、酸塩化物が好ましく、特に経済性、入手の容易さ、取り扱い易さ、反応性の容易さ等の点から、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸の酸ハロゲン化物であるトリメシン酸クロライド(以下、TMCという)が好ましい。上記多官能酸ハロゲン化物は1種を単独で用いても、2種類以上を混合物として用いてもよい。 The polyfunctional acid halide is an acid halide having two or more halogenated carbonyl groups in one molecule, and is not particularly limited as long as it gives a polyamide by reaction with the polyfunctional amine. Examples of polyfunctional acid halides include oxalic acid, malonic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaric acid, 1,3,5-cyclohexanetricarboxylic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, and 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid. , 1,3,5-benzenetricarboxylic acid, 1,2,4-benzenetricarboxylic acid, 1,3-benzenedicarboxylic acid, and 1,4-benzenedicarboxylic acid. Among acid halides, acid chlorides are preferred, and acid halides of 1,3,5-benzenetricarboxylic acid are particularly preferred from the viewpoints of economic efficiency, availability, ease of handling, ease of reactivity, and the like. Preferred is trimesic acid chloride (hereinafter referred to as TMC). The polyfunctional acid halides may be used singly or as a mixture of two or more.

B-4.多孔性支持体
多孔性支持体102としては、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、酢酸セルロース、ポリ塩化ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホンなどを用いることができる。ポリスルホンは化学的、機械的、熱的に安定性が高いため、多孔性支持体102に好適である。
B-4. Porous Support As the porous support 102, polysulfone, polyethersulfone, cellulose acetate, polyvinyl chloride, polyacrylonitrile, polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, and the like can be used. Polysulfone is suitable for the porous support 102 because it has high chemical, mechanical and thermal stability.

C.半透複合膜の製造方法
次に、半透複合膜の製造方法について説明する。本発明の一実施の形態に係る半透複合膜の製造方法は、ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーを含む半透膜を形成し、多孔性支持体上に半透膜が形成された半透複合膜について、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を後述の「E.測定方法」により測定し、所定のセルロースナノファイバーの濃度の半透膜を有する半透複合膜を得ることを特徴とする。半透複合膜の製造方法における測定方法以外の工程は、セルロースナノファイバー、水およびアミン成分を含む混合液を得る工程と、前記混合液を多孔性支持体に接触させた後、前記多孔性支持体に付着した前記混合液中のアミン成分を架橋反応させることによって半透複合膜を得る工程と、を含む。
C. Method for Producing Semipermeable Composite Membrane Next, a method for producing a semipermeable composite membrane will be described. A method for producing a semipermeable composite membrane according to an embodiment of the present invention comprises forming a semipermeable membrane containing cellulose nanofibers on a porous support made of polysulfone, and forming a semipermeable membrane on the porous support. Regarding the formed semipermeable composite membrane, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is measured by the "E. Measurement method" described later, and a semipermeable composite membrane having a predetermined concentration of cellulose nanofibers is obtained. characterized by obtaining The steps other than the measurement method in the method for producing a semipermeable composite membrane include a step of obtaining a mixed solution containing cellulose nanofibers, water and an amine component; and a step of obtaining a semipermeable composite membrane by cross-linking the amine component in the mixed solution attached to the body.

C-1.混合液を得る工程
混合液を得る工程は、例えば、アミン成分を含む第1水溶液と解繊されたセルロースナノファイバー水分散液とを混合して、アミン成分とセルロースナノファイバーとを含む第2水溶液を得る工程を含むことができる。第1水溶液は、水とアミン成分を含む。アミン成分としては、上記B-2で説明した芳香族アミンから少なくとも1種を選択できる。第1水溶液に用いる溶媒は水が好ましい。水分散液は、上記B-1で説明した水とセルロースナノファイバーを含む。第2水溶液は、第1水溶液と水分散液とを混合してえられる。この混合方法は公知の方法を用いることができ、例えばマグネティックスターラーや超音波攪拌機等を用いることができる。
C-1. Step of obtaining a mixed solution The step of obtaining a mixed solution includes, for example, mixing a first aqueous solution containing an amine component and an aqueous dispersion of defibrated cellulose nanofibers to obtain a second aqueous solution containing an amine component and cellulose nanofibers. can include the step of obtaining The first aqueous solution contains water and an amine component. At least one of the aromatic amines described in B-2 above can be selected as the amine component. The solvent used for the first aqueous solution is preferably water. The aqueous dispersion contains water and cellulose nanofibers described in B-1 above. The second aqueous solution is obtained by mixing the first aqueous solution and the aqueous dispersion. A known method can be used for this mixing method, and for example, a magnetic stirrer, an ultrasonic stirrer, or the like can be used.

第2水溶液における芳香族アミン成分の濃度は0.5質量%~5.0質量%であり、セルロースナノファイバー110の濃度は0.01質量%~0.6質量%であることができる。第2水溶液における芳香族アミンが0.5質量%以上であれば、半透膜として必要な複合膜活性層の厚みと架橋密度が形成できるために、好適な脱塩率と透水性が実現可能となり好ましい。また当該芳香族アミンが、5.0質量%以下であれば、半透膜中の未反応の残留アミンが少ないため膜透過水中に溶出する可能性が低くなり、この範囲にすることが好ましい。また、第2水溶液におけるセルロースナノファイバーが0.01質量%未満であると水透過流束の向上が得られにくくなり、0.6質量%を超えると水分散液を用いた加工が困難となるため、この範囲にすることが好ましい。 The concentration of the aromatic amine component in the second aqueous solution may be 0.5% to 5.0% by weight, and the concentration of the cellulose nanofibers 110 may be 0.01% to 0.6% by weight. If the aromatic amine in the second aqueous solution is 0.5% by mass or more, the thickness and crosslink density of the composite membrane active layer necessary for a semipermeable membrane can be formed, so that a suitable desalination rate and water permeability can be achieved. is preferable. Also, if the aromatic amine is 5.0% by mass or less, the amount of unreacted residual amine in the semipermeable membrane is small and the possibility of elution into the membrane-permeated water is low, so this range is preferred. If the cellulose nanofiber content in the second aqueous solution is less than 0.01% by mass, it becomes difficult to improve the water permeation flux, and if it exceeds 0.6% by mass, processing using the aqueous dispersion becomes difficult. Therefore, this range is preferable.

C-2.半透複合膜を得る工程
半透複合膜100を得る工程は、上記のようにして得られた第2水溶液を多孔性支持体102に接触させた後、多孔性支持体102に付着した第2水溶液中の芳香族アミンを架橋反応させる。
C-2. Step of Obtaining Semipermeable Composite Membrane The step of obtaining the semipermeable composite membrane 100 includes contacting the second aqueous solution obtained as described above with the porous support 102, and then the second aqueous solution adhered to the porous support 102. Aromatic amines in an aqueous solution are subjected to a cross-linking reaction.

第2水溶液は、多孔性支持体102に塗布し乾燥する。そののち架橋剤を含む溶液を第2水溶液の上にさらに塗布し、重縮合反応を起こさせて架橋させ、室温で乾燥した後蒸留水で洗浄して半透膜104を形成する。こうして、上記「A.半透複合膜」で説明した半透複合膜100を作成できる。 The second aqueous solution is applied to the porous support 102 and dried. After that, a solution containing a cross-linking agent is further applied onto the second aqueous solution to cause a polycondensation reaction to cause cross-linking, dried at room temperature and then washed with distilled water to form a semipermeable membrane 104 . In this way, the semipermeable composite membrane 100 described above in "A. Semipermeable Composite Membrane" can be produced.

第2水溶液を多孔性支持体102に塗布する工程は、バーコーターを用いて均一に塗布することができる。均一に塗布できればバーコーターに限らず他の公知の装置を採用してもよい。 The step of applying the second aqueous solution to the porous support 102 can be performed uniformly using a bar coater. Any known device other than the bar coater may be employed as long as the coating can be uniformly applied.

架橋剤としては、例えば、トリメシン酸クロライド、テレフタル酸クロライド、イソフタル酸クロライド、ビフェニルジカルボン酸クロライドなどの酸クロライド成分を含む有機溶媒溶液を用いることができる。また、架橋剤以外に界面重合で複製する塩酸を捕捉するための塩基触媒を含有させる。当該塩基触媒としては、トリエチルアミン、ピリジン等を挙げることができる。 As the cross-linking agent, for example, an organic solvent solution containing an acid chloride component such as trimesic acid chloride, terephthalic acid chloride, isophthalic acid chloride, and biphenyldicarboxylic acid chloride can be used. In addition to the cross-linking agent, a basic catalyst for trapping hydrochloric acid that replicates due to interfacial polymerization is contained. Examples of the basic catalyst include triethylamine and pyridine.

次に、多孔性支持体上に半透膜が形成された半透複合膜について、後述の「E.測定方法」に従って半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を測定し、所定のセルロースナノファイバーの濃度の半透膜を有する半透複合膜を得る。例えば、当該測定結果を用いて、予め規定した品質管理基準に基づき、品質管理基準を満たしていない半透複合膜を排除し、品質管理基準を満たしている半透複合膜を合格(良品と判断)としてもよい。品質管理基準は、例えば、所定のセルロースナノファイバーの濃度に対し許容できる幅を設定する。 Next, with regard to the semipermeable composite membrane in which the semipermeable membrane is formed on the porous support, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is measured according to the "E. Measurement method" described later, and the concentration of the cellulose nanofibers is measured. to obtain a semipermeable composite membrane having a concentration of For example, using the measurement results, semipermeable composite membranes that do not meet the quality control standards are excluded based on the predetermined quality control standards, and semipermeable composite membranes that meet the quality control standards are accepted (judged as non-defective products). ). Quality control standards, for example, set an acceptable range for a given concentration of cellulose nanofibers.

D.利用
半透複合膜の用途は、例えば、海水、かん水脱塩の処理などがある。また、半透複合膜の用途は、半透膜が耐汚染性に優れるため、例えば、食品工業排水処理、産業プロセス排水処理、活性汚泥処理水のRO前処理などがある。
D. Applications Applications of semipermeable composite membranes include, for example, seawater and brackish water desalination. Further, applications of the semipermeable composite membrane include, for example, food industry wastewater treatment, industrial process wastewater treatment, RO pretreatment of activated sludge treated water, etc., because the semipermeable membrane is excellent in contamination resistance.

半透複合膜は、半透複合膜エレメントに組み込まれてもよい。半透複合膜エレメントは例えば、半透膜側の面(半透膜表面)同士、及び逆側の面同士がそれぞれ向かい合うように重ねられた半透複合膜と、半透膜側の面の間に設けられる原水側流路材と、半透膜とは逆側の面の間に設けられる透過側流路材と、透過側流路材によって形成される透過側流路を流れる透過水を集水できる有孔集水管と、を備える。つまり、半透複合膜エレメントは、半透複合膜、原水側流路材、半透複合膜、透過側流路材、半透複合膜が、この順に重ねられる。 The semipermeable composite membrane may be incorporated into a semipermeable composite membrane element. In the semipermeable composite membrane element, for example, between the semipermeable composite membranes stacked so that the surfaces on the semipermeable membrane side (semipermeable membrane surfaces) and the surfaces on the opposite side face each other and the surfaces on the semipermeable membrane side The permeated water flowing through the permeate-side channel formed by the raw water-side channel material provided in the permeate-side channel material, the permeate-side channel material provided between the surface on the opposite side of the semipermeable membrane, and the permeate-side channel material is collected. and a perforated water collecting pipe. That is, in the semipermeable composite membrane element, the semipermeable composite membrane, the raw water side channel material, the semipermeable composite membrane, the permeate side channel material, and the semipermeable composite membrane are stacked in this order.

半透複合膜エレメントの機能について説明する。原水が、原水側流路材によって半透複合膜間に形成された原水側流路を流れる間に、原水の一部が半透複合膜を透過する。こうして得られる透過水は、原水よりも低い溶質濃度を有する。一方で、原水側流路を流れる水の溶質は濃縮される。 The function of the semipermeable composite membrane element will be explained. While the raw water flows through the raw water channel formed between the semipermeable composite membranes by the raw water channel material, part of the raw water permeates through the semipermeable composite membranes. The permeate thus obtained has a lower solute concentration than the raw water. On the other hand, the solute in the water flowing through the raw water side channel is concentrated.

E.測定方法
図2を用いて測定方法について説明する。図2は、一実施形態に係るセルロースナノファイバーの濃度を測定する測定方法を説明するためのフローチャートである。
E. Measurement Method A measurement method will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flow chart for explaining a measuring method for measuring the concentration of cellulose nanofibers according to one embodiment.

図2に示すように、本実施形態に係る測定方法は、ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を測定する方法であって、検量線作成工程S10と、分析工程S20と、算出工程S30と、を含む。測定方法は、さらに表示工程S40を含んでもよい。半透複合膜は、半透膜中のセルロースナノファイバーが解繊した状態で半透膜の全体に分散していることが望ましい。赤外分光法では、半透膜を赤外光が透過するため、半透膜中のセルロースナノファイバーの分布にムラがあると正確な測定ができないからである。 As shown in FIG. 2, the measurement method according to the present embodiment uses a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and 30% by mass or less on a porous support made of polysulfone. A method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane of a permeable composite membrane, comprising a calibration curve preparation step S10, an analysis step S20, and a calculation step S30. The measurement method may further include a display step S40. In the semipermeable composite membrane, it is desirable that the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane are dispersed throughout the semipermeable membrane in a defibrated state. This is because, in infrared spectroscopy, since infrared light is transmitted through the semipermeable membrane, accurate measurement cannot be performed if the distribution of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is uneven.

E-1.検量線作成工程
検量線作成工程(S10)は、セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析し、セルロースナノフ
ァイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線を作成する。
E-1. Calibration curve creation step In the calibration curve creation step (S10), for a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, a semipermeable membrane based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used to prepare the sample. Obtain the concentration of cellulose nanofibers inside, irradiate infrared rays from the semipermeable membrane side, analyze the infrared absorption spectrum of the porous support in advance, and determine the correspondence between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum. Prepare the calibration curve shown.

まず、半透複合膜の試料における半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度は、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて、特許文献1(国際公開第2019/235441号)に開示される方法で測定することができる。ここでは、セルロースナノファイバー110の含有量の求め方について、m-フェニレンジアミンとトリメシン酸クロライドとの架橋反応を用いて以下具体的に説明する。界面重合による架橋反応で生成するポリアミドは、m-フェニレンジアミンの2つの-NH基及びトリメシン酸クロライドの3つの-COCl基が完全に反応しているのではなく部分的には残っているが、まず下記反応式(1)のように3モルのm-フェニレンジアミン(324.4g)と2モルのトリメシン酸クロライド(530.9g)が重合し、ポリアミド(636.7g)が生成するものと仮定する。 First, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable composite membrane sample is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used in the preparation of the sample, based on Patent Document 1 (International Publication No. 2019/235441). Here, how to determine the content of the cellulose nanofibers 110 will be specifically described below using a cross-linking reaction between m-phenylenediamine and trimesic acid chloride. In the polyamide produced by the cross-linking reaction by interfacial polymerization, the two —NH 2 groups of m-phenylenediamine and the three —COCl groups of trimesic acid chloride are not completely reacted, but partially remain. First, 3 mol of m-phenylenediamine (324.4 g) and 2 mol of trimesic acid chloride (530.9 g) are polymerized to form a polyamide (636.7 g) as shown in the following reaction formula (1). Assume.

Figure 2022174485000002
Figure 2022174485000002

半透膜104におけるセルロースナノファイバー110の濃度(CNF含有量(質量%))は、下記式(1)により算出することができる。上記反応式(1)と、m-フェニレンジアミンとセルロースナノファイバーを含む水溶液の組成により、生成されるポリアミドの質量を求め、次にm-フェニレンジアミンとトリメシン酸クロライドとの界面重合の際の未反応m-フェニレンジアミンの量を求め、実際に生成するポリアミドの質量(Ma)を算出することができる。この未反応のm-フェニレンジアミンの質量は後述する実験により測定し生成されるポリアミドの質量推定を行い、セルロースナノファイバーの含有量(質量%)を決めることができる。m-フェニレンジアミンとトリメシン酸クロライドとの組み合わせ以外についてもそれぞれの反応式に適用して同様に質量推定等を行うことでCNF含有量を決定できる。なお、本実施形態ではm-フェニレンジアミンとトリメシン酸クロライドとの架橋反応を用いてセルロースナノファイバーの濃度を算出したが、他の芳香族多官能アミン及び多官能酸ハロゲン化物の組み合わせであっても当該組み合わせに対応した反応式を用いて同様に算出することができる。 The concentration of the cellulose nanofibers 110 (CNF content (% by mass)) in the semipermeable membrane 104 can be calculated by the following formula (1). Based on the above reaction formula (1) and the composition of the aqueous solution containing m-phenylenediamine and cellulose nanofibers, the mass of the polyamide to be produced is obtained, and then the mass of the produced polyamide is obtained, and By determining the amount of reacted m-phenylenediamine, the mass (Ma) of the polyamide actually produced can be calculated. The mass of this unreacted m-phenylenediamine can be measured by an experiment described later, and the mass of the produced polyamide can be estimated to determine the content (% by mass) of cellulose nanofibers. For combinations other than m-phenylenediamine and trimesic acid chloride, the CNF content can be determined by similarly performing mass estimation etc. by applying to each reaction formula. In the present embodiment, the concentration of cellulose nanofibers was calculated using the cross-linking reaction between m-phenylenediamine and trimesic acid chloride, but the combination of other aromatic polyfunctional amines and polyfunctional acid halides It can be similarly calculated using a reaction formula corresponding to the combination.

Figure 2022174485000003
Figure 2022174485000003

次に、上記手法によりセルロースナノファイバーの濃度を算出した半透複合膜の試料について、赤外吸収スペクトルを分析する。赤外吸収スペクトルの分析は、赤外分光光度計を用いることができ、特に、フーリエ変換赤外分光器(FT-IR)を用いる全反射赤外分光法(IR-ATR法)を用いることができる。 Next, the infrared absorption spectrum of the sample of the semipermeable composite membrane for which the concentration of cellulose nanofibers was calculated by the above method is analyzed. Analysis of the infrared absorption spectrum can be performed using an infrared spectrophotometer, and in particular, total reflection infrared spectroscopy (IR-ATR method) using a Fourier transform infrared spectrometer (FT-IR). can.

全反射赤外分光法は、高屈折率のプリズムに試料を密着させ、プリズムへ赤外光を入射
させることで生じるエバネッセント波を利用して試料の吸収スペクトルを得るものである。全反射赤外分光法では、試料への光の到達深さ(光のもぐり込み深さ)が0.5μm~2μm程度と考えられる。試料である半透複合膜の半透膜側をプリズムに密着させ、半透膜側から赤外光を照射し、多孔性支持体内で赤外光を反射させる。したがって、全反射赤外分光法によって得られる試料の吸収スペクトルは、多孔性支持体に係る吸収スペクトルとなる。
In total reflection infrared spectroscopy, a sample is brought into close contact with a prism with a high refractive index, and an absorption spectrum of the sample is obtained using an evanescent wave generated by allowing infrared light to enter the prism. In total reflection infrared spectroscopy, the depth of light reaching the sample (the depth of penetration of light) is considered to be about 0.5 μm to 2 μm. The semipermeable composite membrane, which is a sample, is brought into close contact with a prism, and infrared light is irradiated from the semipermeable membrane side, and the infrared light is reflected within the porous support. Therefore, the absorption spectrum of the sample obtained by total reflection infrared spectroscopy is the absorption spectrum of the porous support.

この多孔性支持体に係る吸収スペクトルは、分光法において赤外光が透過している半透膜におけるセルロースナノファイバーの濃度と密接な関連があることが本発明者らの研究により判明した。多孔性支持体に係る吸収スペクトルから、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線を作成する。 Research by the present inventors has revealed that the absorption spectrum of this porous support is closely related to the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane through which infrared light is transmitted in spectroscopy. A calibration curve showing the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum is prepared from the absorption spectrum of the porous support.

例えば、ポリスルホンからなる多孔性支持体であるとき、検量線における対応関係は、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度と、1486cm-1±10cm-1の範囲内にある基準吸収ピーク(I)に対する1237cm-1±10cm-1の範囲内にある第1吸収ピーク(I)、1148cm-1±10cm-1の範囲内にある第2吸収ピーク(I)、及び1104cm-1±10cm-1の範囲内にある第3吸収ピーク(I)の少なくとも1つの吸収ピークの強度比(Ia=I1,2,3/I)と、の対応関係であることができる。したがって、強度比(Ia)としては、I/Iでもよいし、I/Iでもよいし、I/Iでもよく、さらにIを2つ以上の吸収ピークの平均値(例えば(I+I)/2)で割ってもよい。 For example, when the porous support is made of polysulfone, the correspondence in the calibration curve is the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane and the reference absorption peak (I 0 ) in the range of 1237 cm −1 ±10 cm −1 , the second absorption peak (I 2 ) in the range of 1148 cm −1 ± 10 cm −1 and 1104 cm −1 ±10 cm and the intensity ratio (Ia=I 1,2,3 /I 0 ) of at least one of the third absorption peaks (I 3 ) within −1 . Therefore, the intensity ratio (Ia) may be I 1 /I 0 , I 2 /I 0 , or I 3 /I 0 , and I 0 may be the average value of two or more absorption peaks ( For example, it may be divided by (I 1 +I 2 )/2).

ポリスルホンの赤外吸収スペクトルは、1486cm-1付近のピーク、1237cm-1付近のピーク、1148cm-1付近のピーク、及び1104cm-1付近のピークが表れる。半透複合膜の赤外吸収スペクトルがセルロースナノファイバーの濃度によって変化するのは、ポリスルホンからの反射光に対して、セルロースナノファイバーの赤外光の再吸収があり、しかも、その再吸収がポリスルホンにおける4つのピークの波数(cm-1)で吸収に差があるためと推測される。 The infrared absorption spectrum of polysulfone shows a peak around 1486 cm −1 , a peak around 1237 cm −1 , a peak around 1148 cm −1 and a peak around 1104 cm −1 . The reason why the infrared absorption spectrum of the semipermeable composite membrane changes depending on the concentration of cellulose nanofibers is that the cellulose nanofibers re-absorb the infrared light reflected from the polysulfone, and the re-absorption is due to the polysulfone It is presumed that there is a difference in absorption at the wavenumber (cm −1 ) of the four peaks in .

検量線は、分光法により得られた吸収ピーク強度比(Ia=I1,2,3/I)とセルロースナノファイバーの濃度(試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて予め算出した濃度)との対応関係をグラフ化し、最小二乗法により回帰直線を求めることができる。ただし、セルロースナノファイバーの濃度が30質量%を超える半透膜については、線径近似式が成り立たないため、上記対応関係には含まない。 The calibration curve shows the absorption peak intensity ratio (Ia=I 1,2,3 /I 0 ) obtained by spectroscopy and the concentration of cellulose nanofibers (at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used to prepare the sample). Concentration calculated in advance based on the amount) is graphed, and a regression line can be obtained by the method of least squares. However, semipermeable membranes in which the concentration of cellulose nanofibers exceeds 30% by mass are not included in the above correspondence because the wire diameter approximation formula does not hold.

E-2.分析工程
分析工程(S20)は、分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する。
E-2. Analysis Step In the analysis step (S20), the semipermeable composite membrane to be analyzed is irradiated with infrared rays from the semipermeable membrane side to analyze the infrared absorption spectrum of the porous support.

分析対象の半透複合膜の試料について、検量線作成工程(S10)と同様の方法により、赤外吸収スペクトルを分析する。分析対象の半透複合膜の試料は、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度が不明の試料である。 The infrared absorption spectrum of the sample of the semipermeable composite membrane to be analyzed is analyzed in the same manner as in the calibration curve preparation step (S10). The semipermeable composite membrane sample to be analyzed is a sample in which the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is unknown.

検量線作成工程(S10)及び分析工程(S20)では、全反射赤外分光装置を用いて赤外吸収スペクトルを分析することができる。全反射赤外分光装置としては、市販されている装置を採用することができ、例えば、Thermo Scientific社のNicolet 6700 FT-IR装置など挙げることができる。 In the calibration curve creation step (S10) and the analysis step (S20), the infrared absorption spectrum can be analyzed using a total reflection infrared spectrometer. As the total reflection infrared spectrometer, a commercially available device can be used, for example, Nicolet 6700 FT-IR device manufactured by Thermo Scientific.

E-3.算出工程
算出工程(S30)は、分析工程(S20)で得られた赤外吸収スペクトルから、検量線に基づき、分析対象の半透膜に含まれるセルロースナノファイバーの濃度を算出する。
E-3. Calculation step In the calculation step (S30), the concentration of cellulose nanofibers contained in the semipermeable membrane to be analyzed is calculated from the infrared absorption spectrum obtained in the analysis step (S20) based on the calibration curve.

例えば、多孔性支持体がポリスルホンであるとき、分析工程(S20)によって得られた赤外吸収スペクトルから、1486cm-1±10cm-1の範囲内にある基準吸収ピーク(I)に対する1237cm-1±10cm-1の範囲内にある第1吸収ピーク(I)、1148cm-1±10cm-1の範囲内にある第2吸収ピーク(I)、及び1104cm-1±10cm-1の範囲内にある第3吸収ピーク(I)の少なくとも1つの吸収ピークの強度比(Ib=I1,2,3/I)を求め、検量線作成工程(S10)で得られた検量線に基づいて、セルロースナノファイバーの濃度の算出が行われる。すなわち、分析対象の吸収ピーク強度比(Ib)が求められれば、検量線における吸収ピーク強度比(Ia)に対応するセルロースナノファイバーの濃度が算出できる。強度比(Ib)としては、上記検量線に合わせて例えば、I/Iでもよいし、I/Iでもよいし、I/Iでもよく、さらにIを2つ以上の吸収ピークの平均値(例えば(I+I)/2)で割ってもよい。 For example, when the porous support is polysulfone, from the infrared absorption spectrum obtained by the analysis step ( S20 ), there is A first absorption peak (I 1 ) within the range of ±10 cm −1 , a second absorption peak (I 2 ) within the range of 1148 cm −1 ±10 cm −1 and within the range of 1104 cm −1 ±10 cm −1 Determine the intensity ratio (Ib=I 1,2,3 /I 0 ) of at least one absorption peak of the third absorption peak (I 3 ) at , and based on the calibration curve obtained in the calibration curve creation step (S10) Then, the concentration of cellulose nanofibers is calculated. That is, if the absorption peak intensity ratio (Ib) of the analysis target is obtained, the concentration of cellulose nanofibers corresponding to the absorption peak intensity ratio (Ia) in the calibration curve can be calculated. The intensity ratio (Ib) may be, for example, I 1 /I 0 , I 2 /I 0 , I 3 /I 0 , or I 0 in accordance with the calibration curve. It may be divided by the average value of absorption peaks (eg (I 1 +I 2 )/2).

E-4.表示工程
表示工程(S40)は、算出工程(S30)で算出された半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度が例えばディスプレイに表示される。
E-4. Display Step In the display step (S40), the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane calculated in the calculation step (S30) is displayed, for example, on a display.

F.測定装置
図3を用いて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を測定する測定装置について説明する。図3は、一実施形態に係るセルロースナノファイバーの濃度を測定する測定装置1の全体構成を示すブロック図である。
F. Measuring Device A measuring device for measuring the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a block diagram showing the overall configuration of a measuring device 1 for measuring the concentration of cellulose nanofibers according to one embodiment.

図3に示すように、本実施形態に係る測定装置1は、ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を測定する測定装置1であって、分析部20と、算出部30と、記憶部40と、を含む。測定装置1としては、各部の処理を実行できるコンピュータを採用することができる。 As shown in FIG. 3, the measuring device 1 according to the present embodiment has a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and 30% by mass or less on a porous support made of polysulfone. A measuring device 1 for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable composite membrane, comprising an analysis unit 20, a calculation unit 30, and a storage unit 40. As the measuring device 1, a computer that can execute the processing of each part can be adopted.

測定装置1は、入力部10をさらに含んでいてもよい。入力部10は、キーボード等の公知の入力装置を含んでもよい。 The measuring device 1 may further include an input section 10 . The input unit 10 may include a known input device such as a keyboard.

測定装置1は、表示部50をさらに含んでいてもよい。表示部50は、例えば、分析部20による分析結果や算出部30による算出結果を表示することができる。表示部50は、ディスプレイ等の公知の表示装置を採用できる。 The measuring device 1 may further include a display section 50 . The display unit 50 can display the analysis result by the analysis unit 20 and the calculation result by the calculation unit 30, for example. The display unit 50 can employ a known display device such as a display.

記憶部40は、セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析して得られた、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線が記憶されている。検量線は、上記「E-1.検量線作成工程」に従って求めることができる。 The storage unit 40 stores a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used to prepare the sample, and stores the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane. A calibration curve showing the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum obtained by preliminarily analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support by irradiating infrared rays from the semipermeable membrane side is obtained. remembered. The calibration curve can be obtained according to the above “E-1. Calibration curve preparation step”.

分析部20は、分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射し、多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する。分析部20は、分光装置の一部であってもよいし、分光装置からの出力に基づいて分析するものであってもよい。分析部20は、例えばコンピュータ等である。分析部20は、上記「E-2.分析工程」で説明した処理を実行することができる。 The analysis unit 20 irradiates the semipermeable composite membrane to be analyzed with infrared rays from the semipermeable membrane side to analyze the infrared absorption spectrum of the porous support. The analysis unit 20 may be a part of the spectroscopic device, or may analyze based on the output from the spectroscopic device. The analysis unit 20 is, for example, a computer or the like. The analysis unit 20 can execute the process described in "E-2. Analysis step" above.

算出部30は、分析部20で得られた赤外吸収スペクトルから、検量線に基づき、分析対象の半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を算出する。算出部30は、分光装置に内蔵されたまたは接続されたコンピュータであってもよい。算出部30は、上記「E-3.算出工程」で説明した処理を実行することができる。 The calculation unit 30 calculates the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane to be analyzed based on the calibration curve from the infrared absorption spectrum obtained by the analysis unit 20 . The calculator 30 may be a computer built into or connected to the spectroscopic device. The calculation unit 30 can execute the processing described in "E-3. Calculation step" above.

本明細書および特許請求の範囲において用いられる、1つまたはそれよりも多くの要素の列挙に関連する「A、B及びCの少なくとも一つ」又は「A、B及びCの一つ以上」は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、A及びBの組、A及びCの組、B及びCの組、A、B及びCの組、などを含むものと意図される。 As used herein and in the claims, "at least one of A, B and C" or "one or more of A, B and C" in relation to a listing of one or more elements is , A only, B only, C only, the set of A and B, the set of A and C, the set of B and C, the set of A, B and C, and so on.

本発明は、本願に記載の特徴や効果を有する範囲で一部の構成を省略したり、各実施形態や変形例を組み合わせたりしてもよい。 The present invention may omit a part of the configuration or combine each embodiment and modifications as long as the features and effects described in the present application are provided.

本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(機能、方法および結果が同一の構成、あるいは目的および効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。 The present invention includes configurations that are substantially the same as the configurations described in the embodiments (configurations that have the same function, method and result, or configurations that have the same purpose and effect). Moreover, the present invention includes configurations obtained by replacing non-essential portions of the configurations described in the embodiments. In addition, the present invention includes a configuration that achieves the same effects or achieves the same purpose as the configurations described in the embodiments. In addition, the present invention includes configurations obtained by adding known techniques to the configurations described in the embodiments.

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these.

以下、本発明の実施例について述べるが、本発明はこれらに限定されるものではない。 Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these.

(1)サンプル1の作製(CNF1.26質量%)
(1-1)多孔性支持体の作製
単糸繊度0.5デシテックスのポリエステル繊維と1.5デシテックスのポリエステル繊維との混繊糸からなる、通気度0.7cm/cm・秒、平均孔径7μm以下の湿式不織布であって、縦30cm、横20cmの大きさの物を、ガラス板上に固定し、その上に、ジメチルホルムアミド(DMF)溶媒のポリスルホン濃度15重量%の溶液(20℃)を、総厚み210μm~215μmになるようにキャストし、直ちに水に浸積してポリスルホンの多孔性支持体を製造した。
(1) Preparation of sample 1 (CNF 1.26% by mass)
(1-1) Preparation of Porous Support Made of a mixed yarn of a polyester fiber with a single yarn fineness of 0.5 decitex and a polyester fiber with a single yarn fineness of 1.5 decitex, air permeability of 0.7 cm 3 /cm 2 ·sec, average A wet-laid non-woven fabric having a pore size of 7 μm or less and a size of 30 cm long and 20 cm wide was fixed on a glass plate, and a solution of dimethylformamide (DMF) solvent with a polysulfone concentration of 15% by weight (20 ° C. ) was cast to a total thickness of 210 μm to 215 μm and immediately immersed in water to produce a polysulfone porous support.

(1-2)第2水溶液の作製
m-フェニレンジアミン6gに蒸留水50gを加え、マグネティックスターラーを用いて撹拌混合して得た第1水溶液と、セルロースナノファイバー濃度が0.6質量%の水分散液5gとを、マグネティックスターラーを用いて撹拌混合し、20gの蒸留水に溶かした添加剤(SLS(ラウリル硫酸ナトリウム)0.45g、CSA(カンファスルホン酸)12g、TEA(トリエチルアミン)6g、IPA(イソプロピルアルコール)18g)を加え、蒸留水で全量を300gとし、マグネティックスターラーを用いて撹拌して第2水溶液を得た。第2水溶液は、m-フェニレンジアミン2.0質量%、セルロースナノファイバー0.01質量%、SLS0.15質量%、CSA4.0質量%、TEA2.0%、IPA6.0質量%を含む。セルロースナノファイバーの繊維径の平均値は3nm~4nmである。
(1-2) Preparation of second aqueous solution A first aqueous solution obtained by adding 50 g of distilled water to 6 g of m-phenylenediamine and stirring and mixing using a magnetic stirrer, and water having a cellulose nanofiber concentration of 0.6% by mass. 5 g of the dispersion liquid was stirred and mixed using a magnetic stirrer, and additives (SLS (sodium lauryl sulfate) 0.45 g, CSA (camphorsulfonic acid) 12 g, TEA (triethylamine) 6 g, IPA (Isopropyl alcohol) 18 g) was added, distilled water was added to make the total amount 300 g, and the mixture was stirred using a magnetic stirrer to obtain a second aqueous solution. The second aqueous solution contains 2.0% by weight of m-phenylenediamine, 0.01% by weight of cellulose nanofibers, 0.15% by weight of SLS, 4.0% by weight of CSA, 2.0% by weight of TEA, and 6.0% by weight of IPA. The average fiber diameter of cellulose nanofibers is 3 nm to 4 nm.

(1-3)半透複合膜の作製
80cmの多孔性支持体に、バーコーター(#20wired bar)を用いて多孔性支持体表面を10mm/sの速度で第2水溶液を塗布した後、多孔性支持体表面から
余分な水溶液をゴムブレードで除去した後、トリメシン酸クロライド0.18質量%を含む室温のIPソルベント溶液2mlを膜表面が完全に濡れるように塗布した。膜から余分な溶液を除去するために膜面を鉛直に保持して液切りし、その後、120℃の恒温槽中で3分間乾燥後、蒸留水に浸漬洗浄することで、実施例のサンプル1~8の半透複合膜を得た。
(1-3) Preparation of Semipermeable Composite Membrane Using a bar coater (#20 wired bar), a porous support of 80 cm 2 was coated with the second aqueous solution on the surface of the porous support at a speed of 10 mm/s. After removing excess aqueous solution from the surface of the porous support with a rubber blade, 2 ml of a room temperature IP solvent solution containing 0.18% by mass of trimesic acid chloride was applied so that the membrane surface was completely wetted. In order to remove excess solution from the membrane, the membrane surface was held vertically to drain, then dried in a constant temperature bath at 120 ° C. for 3 minutes, and then immersed and washed in distilled water. ~8 semipermeable composite membranes were obtained.

(1-4)セルロースナノファイバー含有量の推定
半透膜内のセルロースナノファイバー含有量は、下記反応式(1)と未反応のm-フェニレンジアミンの量を求める実験とから推定した。
(1-4) Estimation of Cellulose Nanofiber Content The cellulose nanofiber content in the semipermeable membrane was estimated from the following reaction formula (1) and an experiment to determine the amount of unreacted m-phenylenediamine.

Figure 2022174485000004
Figure 2022174485000004

上記反応式(1)は3モルのm-フェニレンジアミン(324.4g)と2モルのトリメシン酸クロライド(530.9g)が重合し、ポリアミド(636.7g)が生成するもので、1gのポリアミドは0.51gのm-フェニレンジアミンから生成されることを示す。 In the above reaction formula (1), 3 mol of m-phenylenediamine (324.4 g) and 2 mol of trimesic acid chloride (530.9 g) are polymerized to produce polyamide (636.7 g). is produced from 0.51 g of m-phenylenediamine.

具体的な推定の手順として、まず塗布されたm-フェニレンジアミンの全量が上記反応式(1)により界面重合すると仮定した。塗布されたm-フェニレンジアミンの全量に対するセルロースナノファイバーの量は第2水溶液におけるm-フェニレンジアミンとセルロースナノファイバーの濃度の比から算出した。次に未反応のm-フェニレンジアミンの比率を実験により求めて実際に界面重合するm-フェニレンジアミンを算出し、セルロースナノファイバー含有量(質量%)を算出した。なお、CSAは後述の水透過流束の測定の際に溶けて流れ出てしまうのでセルロースナノファイバー含有量の算出には影響しない。 As a specific estimation procedure, first, it was assumed that the total amount of m-phenylenediamine applied was interfacially polymerized according to the above reaction formula (1). The amount of cellulose nanofibers relative to the total amount of m-phenylenediamine applied was calculated from the ratio of the concentrations of m-phenylenediamine and cellulose nanofibers in the second aqueous solution. Next, the ratio of unreacted m-phenylenediamine was determined by experiment to calculate the m-phenylenediamine actually interfacially polymerized, and the cellulose nanofiber content (% by mass) was calculated. CSA melts and flows out during the measurement of the water permeation flux, which will be described later, so it does not affect the calculation of the cellulose nanofiber content.

具体的には、上記特許文献1(WO2019/235441A1)に開示された実施例と同様の手順により下記式(2)から塗布されたm-フェニレンジアミンにおける未反応のm-フェニレンジアミンの質量aを求めた。 Specifically, the mass a of unreacted m-phenylenediamine in m-phenylenediamine coated from the following formula (2) by the same procedure as in the examples disclosed in Patent Document 1 (WO2019/235441A1) is asked.

Figure 2022174485000005
Figure 2022174485000005

次に、このサンプルをクロロホルムに短時間浸漬し多孔性支持体を溶解してポリアミド膜を採取した。この膜を150℃で乾燥した後秤量しポリアミド膜の質量bとした。ポリアミド1gは0.51gのm-フェニレンジアミンから生成するので、質量bに0.51を乗じm-フェニレンジアミンに換算した質量c(0.51×質量b)とした。未反応m-フェニレンジアミンの比率dは下記式(3)により求めた。 Next, this sample was immersed in chloroform for a short period of time to dissolve the porous support and obtain a polyamide membrane. This film was dried at 150° C. and then weighed to obtain the mass b of the polyamide film. Since 1 g of polyamide is produced from 0.51 g of m-phenylenediamine, mass b was multiplied by 0.51 to obtain m-phenylenediamine converted mass c (0.51×mass b). The ratio d of unreacted m-phenylenediamine was determined by the following formula (3).

Figure 2022174485000006
Figure 2022174485000006

セルロースナノファイバー含有量はセルロースナノファイバーを含むポリアミドの質量に対するセルロースナノファイバーの質量の比で求めた。塗布されたセルロースナノファイバーは端部が多孔性支持体の細孔部に入ったとしても多孔性支持体の深部には入らず表層に全量が存在し第2水溶液の塗布液厚を40μmと仮定して、セルロースナノファイバーの濃度からセルロースナノファイバーの質量を算出し、これを質量eとした。 The cellulose nanofiber content was determined by the ratio of the mass of cellulose nanofibers to the mass of polyamide containing cellulose nanofibers. Even if the ends of the coated cellulose nanofibers enter the pores of the porous support, they do not enter the deep part of the porous support and the entire amount of the coated cellulose nanofibers exists in the surface layer. Then, the mass of the cellulose nanofibers was calculated from the concentration of the cellulose nanofibers, and this was defined as the mass e.

生成されるポリアミドの質量については、塗布されたm-フェニレンジアミンの全量が界面重合するときに生成するポリアミドの質量を質量fとし、第2水溶液の塗布液厚が15μmの場合のm-フェニレンジアミンの質量をその濃度から算出した。実際に生成するポリアミドの質量を質量hとすれば、未反応m-フェニレンジアミンにより質量hは質量fより小さくなる。塗布されたm-フェニレンジアミンの全量は質量aと質量cの和と考えることができるので、質量hは下記式(4)により求めた。 Regarding the mass of the polyamide produced, the mass of the polyamide produced when the total amount of the applied m-phenylenediamine is interfacially polymerized is defined as mass f, and m-phenylenediamine when the coating liquid thickness of the second aqueous solution is 15 μm. was calculated from its concentration. Assuming that the mass of the polyamide actually produced is mass h, mass h becomes smaller than mass f due to unreacted m-phenylenediamine. Since the total amount of m-phenylenediamine applied can be considered as the sum of mass a and mass c, mass h was determined by the following formula (4).

Figure 2022174485000007
Figure 2022174485000007

比率dは、第2水溶液のm-フェニレンジアミン濃度、セルロースナノファイバーの濃度等、半透膜作製条件により変動するものであるが、ここでは比率dが0.8で一定とし質量hを求めた。この質量hを用いて、半透膜内のセルロースナノファイバーの濃度(CNF濃度)(質量%)は下記式(1)により求めた。 The ratio d varies depending on the conditions for preparing the semipermeable membrane, such as the concentration of m-phenylenediamine in the second aqueous solution and the concentration of cellulose nanofibers. . Using this mass h, the concentration of cellulose nanofibers (CNF concentration) (% by mass) in the semipermeable membrane was determined by the following formula (1).

Figure 2022174485000008
Figure 2022174485000008

サンプル1の半透複合膜における半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の平均値は1.26質量%であった。 The average concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable composite membrane of sample 1 was 1.26% by mass.

(2)サンプル0,2~8の作製
上記(1-2)における「第2水溶液」のセルロースナノファイバーの配合量を変更して、サンプル0,2~8をサンプル1と同様に作製し、セルロースナノファイバーの濃度をサンプル1と同様に算出した。サンプル0~8における半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の平均値(「CNFの濃度(質量%)」)を表1に示す。
(2) Preparation of samples 0, 2 to 8 Samples 0, 2 to 8 were prepared in the same manner as sample 1 by changing the amount of cellulose nanofiber in the "second aqueous solution" in (1-2) above, The concentration of cellulose nanofibers was calculated in the same manner as for sample 1. Table 1 shows the average concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membranes of samples 0 to 8 (“concentration of CNF (% by mass)”).

Figure 2022174485000009
Figure 2022174485000009

(3)赤外分光
Thermo Scientific社のNicolet 6700 FT-IR装置22を用いて、赤外分光を行った。図4は、このFT-IR装置22における、減衰全反射フーリエ変換赤外分光測定(FTIR-ATR)の概略説明図である。図4に示すように、FT-IR装置22は、反射プリズム23と、赤外線レーザ光源24と、赤外線検出器25とを備える。サンプル1~7の半透複合膜100のサンプルを、FT-IR装置22のダイアモンドプリズム(反射プリズム23)に密着させ、赤外線レーザ光源24からの赤外線ビーム26を半透膜104側から照射して多孔性支持体102で減衰全反射させた。多孔性支持体102からの反射光を赤外線検出器25が受光した。赤外線ビーム26の直径は約2mmで、入射角度は45度であった。測定波長は650~4500cm-1であり、分解能2cm-1であった。半透複合膜100のサンプルサイズは1cm角程度であった。
(3) Infrared spectroscopy Infrared spectroscopy was performed using a Nicolet 6700 FT-IR device 22 from Thermo Scientific. FIG. 4 is a schematic illustration of attenuated total reflection Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR-ATR) in this FT-IR device 22. As shown in FIG. As shown in FIG. 4, the FT-IR device 22 comprises a reflecting prism 23, an infrared laser light source 24, and an infrared detector 25. As shown in FIG. The samples of the semipermeable composite film 100 of samples 1 to 7 are brought into close contact with the diamond prism (reflecting prism 23) of the FT-IR device 22, and the infrared beam 26 from the infrared laser light source 24 is irradiated from the semipermeable film 104 side. Attenuated total reflection was performed on the porous support 102 . The infrared detector 25 received the reflected light from the porous support 102 . The infrared beam 26 had a diameter of about 2 mm and an incident angle of 45 degrees. The measurement wavelength was 650-4500 cm −1 and the resolution was 2 cm −1 . The sample size of the semipermeable composite membrane 100 was about 1 cm square.

セルロースナノファイバーが含まれないサンプル0(実線で示す)とセルロースナノファイバー(27.65質量%)を含むサンプル5(点線で示す)の赤外分光の結果を図5に示した。図5は、フーリエ変換赤外分光法で得られる吸収スペクトルのセルロースナノファイバーの濃度依存を示す図である。図5において、縦軸は吸光度(任意単位)であり、横軸は波数(cm-1)である。サンプル0とサンプル5は、1486-1cm付近、1237-1cm付近、1148-1cm付近、1104-1cm付近に、いずれもポリスルホンの吸収による吸収ピークを示した。そして、サンプル0及びサンプル5における1486-1cm付近の吸収ピークのピーク強度を1としたとき、1237-1cm付近、1148-1cm付近及び1104-1cm付近のサンプル5の吸収ピークがサンプル0の各吸収ピークよりも小さな値を示した。同様にしてサンプル1~4及び6~8の赤外分光の吸収ピークのピーク強度を測定した。 FIG. 5 shows the results of infrared spectroscopy of sample 0 containing no cellulose nanofibers (solid line) and sample 5 containing cellulose nanofibers (27.65% by mass) (dotted line). FIG. 5 is a diagram showing the concentration dependence of the absorption spectrum of cellulose nanofibers obtained by Fourier transform infrared spectroscopy. In FIG. 5, the vertical axis is the absorbance (arbitrary unit) and the horizontal axis is the wave number (cm −1 ). Samples 0 and 5 all exhibited absorption peaks due to polysulfone absorption near 1486 −1 cm, 1237 −1 cm, 1148 −1 cm and 1104 −1 cm. Then, when the peak intensity of the absorption peak near 1486 -1 cm in sample 0 and sample 5 is 1, the absorption peaks of sample 5 near 1237 -1 cm, near 1148 -1 cm and near 1104 -1 cm are A value smaller than each absorption peak of 0 was shown. In the same manner, the peak intensities of absorption peaks of samples 1 to 4 and 6 to 8 in infrared spectroscopy were measured.

(4)検量線の作成
赤外分光の結果から、各サンプルにおける1485-1cm±10cm-1の範囲内にあるピーク強度(最大値)である基準吸収ピーク(I)と、1237cm-1±10cm-1の範囲内にある第1吸収ピーク(I)、1148cm-1±10cm-1の範囲内にある第2吸収ピーク(I)、及び1104cm-1±10cm-1の範囲内にある第3吸収ピーク(I)のそれぞれのピーク強度(最大値)との強度比(Ia=I/I、Ia=I/I、Ia=I/I)を求めた。吸収ピーク強度比(Ia)を求める際に、ベースラインの減算は行っていない。
(4) Preparation of calibration curve From the results of infrared spectroscopy, the reference absorption peak (I 0 ), which is the peak intensity (maximum value) within the range of 1485 -1 cm ± 10 cm -1 in each sample, and 1237 cm -1 A first absorption peak (I 1 ) within the range of ±10 cm −1 , a second absorption peak (I 2 ) within the range of 1148 cm −1 ±10 cm −1 and within the range of 1104 cm −1 ±10 cm −1 Find the intensity ratio (Ia=I 1 /I 0 , Ia=I 2 /I 0 , Ia=I 3 /I 0 ) with each peak intensity (maximum value) of the third absorption peak (I 3 ) at rice field. Baseline subtraction was not performed when determining the absorption peak intensity ratio (Ia).

そして、各サンプルのセルロースナノファイバーの濃度は上記(1)及び上記(2)で算出しているため、ピーク強度比(Ia)に基づいて、図6~図9に示す対応関係を求めた。図6~図9において、「●」が各セルロースナノファイバーの濃度におけるピーク強度比の平均値であり、「-」が各セルロースナノファイバーの濃度におけるピーク強度比の最小値と最大値を示す。図6及び図7は、セルロースナノファイバーの濃度と基準吸収ピーク(I)に対する第1吸収ピーク(I)の強度比(Ia=I/I)の関係を示す図であり、図8は、セルロースナノファイバーの濃度と基準吸収ピーク(I)に対する第2吸収ピーク(I)の強度比(Ia=I/I)の関係を示す図であり、図8は、セルロースナノファイバーの濃度と基準吸収ピーク(I)に対する第3吸収ピーク(I)の強度比(Ia=I/I)の関係を示す図である。図6~図9において、縦軸はピーク強度比(Ia)であり、横軸は半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度(質量%)である。 Since the concentration of cellulose nanofibers in each sample was calculated in (1) and (2) above, the correspondence relationships shown in FIGS. 6 to 9 were determined based on the peak intensity ratio (Ia). In FIGS. 6 to 9, “●” indicates the average value of the peak intensity ratio at each cellulose nanofiber concentration, and “−” indicates the minimum and maximum values of the peak intensity ratio at each cellulose nanofiber concentration. 6 and 7 are diagrams showing the relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the intensity ratio (Ia=I 1 /I 0 ) of the first absorption peak (I 1 ) to the reference absorption peak (I 0 ). 8 is a diagram showing the relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the intensity ratio (Ia=I 2 /I 0 ) of the second absorption peak (I 2 ) to the reference absorption peak (I 0 ), and FIG. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the concentration of nanofibers and the intensity ratio (Ia= I 3 / I 0 ) of the third absorption peak (I 3 ) to the reference absorption peak (I 0 ). 6 to 9, the vertical axis is the peak intensity ratio (Ia), and the horizontal axis is the concentration (% by mass) of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane.

図6に示すように、サンプル6~8のセルロースナノファイバーの濃度が30質量%を超えるとピーク強度比(Ia)がサンプル0~5のピーク強度比とは明らかに異なるため、サンプル6~8を除いてセルロースナノファイバーの濃度が0質量%~27.65質量%(サンプル0~5)のピーク強度比(Ia)の平均値について最小二乗法により回帰直線を求め、図7に検量線(実線で示した)として示した。図7と同様にして、第2吸収ピーク及び第3吸収ピークについてもセルロースナノファイバーの濃度が0質量%~27.65質量%のピーク強度比(Ia)から検量線を図8及び図9に示した。 As shown in FIG. 6, when the concentration of cellulose nanofibers in samples 6 to 8 exceeds 30% by mass, the peak intensity ratio (Ia) is clearly different from that in samples 0 to 5. Therefore, samples 6 to 8 A regression line was obtained by the least squares method for the average values of the peak intensity ratios (Ia) when the cellulose nanofiber concentration was 0% by mass to 27.65% by mass (samples 0 to 5), and the calibration curve ( indicated by a solid line). Similarly to FIG. 7, the second absorption peak and the third absorption peak are also shown in FIGS. 8 and 9 from the peak intensity ratio (Ia) when the concentration of cellulose nanofibers is 0% by mass to 27.65% by mass. Indicated.

(5)セルロースナノファイバーの濃度の測定
セルロースナノファイバーの濃度が不明な半透複合膜のサンプルを、サンプル0~5と同様にポリスルホン多孔性支持体の赤外分光分析することにより得られたピーク強度比(Ib)から、図7~図8の検量線に基づいて、セルロースナノファイバーの濃度を算出し、分析対象の半透膜のサンプルに含まれるセルロースナノファイバーの濃度を測定することができる。
(5) Measurement of cellulose nanofiber concentration A peak obtained by infrared spectroscopic analysis of a polysulfone porous support for a semipermeable composite membrane sample with an unknown cellulose nanofiber concentration in the same manner as samples 0 to 5. From the intensity ratio (Ib), the concentration of cellulose nanofibers can be calculated based on the calibration curves of FIGS. 7 and 8, and the concentration of cellulose nanofibers contained in the sample of the semipermeable membrane to be analyzed can be measured. .

1…測定装置、10…入力部、20…分析部、22…FT-IR装置、23…反射プリズム、24…赤外線レーザ光源、25…赤外線検出器、26…赤外線ビーム、30…算出部、40…記憶部、50…表示部、100…半透複合膜、102…多孔性支持体、104…半透膜、105…表面、110…セルロースナノファイバー、120…架橋芳香族ポリアミド Reference Signs List 1 measuring device 10 input unit 20 analysis unit 22 FT-IR device 23 reflecting prism 24 infrared laser light source 25 infrared detector 26 infrared beam 30 calculation unit 40 Memory part 50 Display part 100 Semipermeable composite membrane 102 Porous support 104 Semipermeable membrane 105 Surface 110 Cellulose nanofiber 120 Crosslinked aromatic polyamide

[1]本発明に係る半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法の一態様は、
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する方法であって、
セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析し、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線を作成する検量線作成工程と、
分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析工程と、
前記分析工程で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜に含まれるセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出工程と、
を含み、
前記検量線作成工程では、前記対応関係が、セルロースナノファイバーの濃度と、1486cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある基準吸収ピークに対する1237cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第1吸収ピーク、1148cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第2吸収ピーク、及び1104cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第3吸収ピ
ークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比との関係であり、かつ、
前記算出工程では、前記分析工程によって得られた赤外吸収スペクトルから、前記基準吸収ピークに対する前記第1吸収ピーク、前記第2吸収ピーク及び前記第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比を求め、前記検量線に基づいて、セルロースナノファイバーの濃度の算出が行われることを特徴とする。
[1] One aspect of the method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane according to the present invention is
A semipermeable composite membrane comprising a porous support made of polysulfone and a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and not more than 30% by mass, wherein the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane are A method of measuring concentration, comprising:
For a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used in the preparation of the sample, and the semipermeable membrane is a calibration curve creating step of preliminarily analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support by irradiating infrared rays from the side and creating a calibration curve showing the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum;
an analysis step of irradiating the semipermeable composite membrane to be analyzed with infrared rays from the semipermeable membrane side to analyze the infrared absorption spectrum of the porous support;
a calculation step of calculating the concentration of cellulose nanofibers contained in the semipermeable membrane to be analyzed based on the calibration curve from the infrared absorption spectrum obtained in the analysis step;
including
In the calibration curve creation step, the correspondence relationship is the concentration of cellulose nanofibers and the first absorption within the range of 1237 cm −1 ±10 cm −1 with respect to the reference absorption peak within the range of 1486 cm −1 ±10 cm −1 a second absorption peak within the range of 1148 cm −1 ±10 cm −1 and a third absorption peak within the range of 1104 cm −1 ±10 cm −1
the intensity ratio of at least one absorption peak of the peak, and
In the calculating step, from the infrared absorption spectrum obtained in the analyzing step, the intensity ratio of at least one of the first absorption peak, the second absorption peak and the third absorption peak to the reference absorption peak is calculated. The concentration of cellulose nanofibers is calculated based on the calibration curve .

[2]本発明に係る半透複合膜の製造方法の一態様は、
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーを含む半透膜を形成し、
前記多孔性支持体上に前記半透膜が形成された半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を上記測定方法の態様により測定し、
所定のセルロースナノファイバーの濃度の半透膜を有する半透複合膜を得ることを特徴とする
[2] One aspect of the method for producing a semipermeable composite membrane according to the present invention is
Forming a semipermeable membrane containing cellulose nanofibers on a porous support made of polysulfone,
With respect to the semipermeable composite membrane in which the semipermeable membrane is formed on the porous support, the concentration of the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is measured according to the above measuring method,
A semipermeable composite membrane having a predetermined concentration of cellulose nanofibers is obtained .

[3]本発明に係る測定装置の一態様は、
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する測定装置であって、
セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析して得られた、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線が記憶されている記憶部と、
分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射し、多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析部と、
前記分析部で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出部と、
を含み、
前記検量線の前記対応関係は、セルロースナノファイバーの濃度と、1486cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある基準吸収ピークに対する1237cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第1吸収ピーク、1148cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第2吸収ピーク、及び1104cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比との関係であり、
前記算出部は、前記分析部で得られた赤外吸収スペクトルから、前記基準吸収ピークに対する前記第1吸収ピーク、前記第2吸収ピーク及び前記第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比を求め、前記検量線に基づいて、セルロースナノファイバーの濃度が算出されることを特徴とする。
[3] One aspect of the measuring device according to the present invention is
A semipermeable composite membrane comprising a porous support made of polysulfone and a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and not more than 30% by mass, wherein the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane are A measuring device for measuring concentration,
For a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used in the preparation of the sample, and the semipermeable membrane is A memory storing a calibration curve indicating the correspondence between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum, which is obtained by irradiating infrared rays from the side and analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support in advance. Department and
an analysis unit that irradiates the semipermeable composite membrane to be analyzed with infrared rays from the semipermeable membrane side and analyzes the infrared absorption spectrum of the porous support;
a calculation unit that calculates the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane to be analyzed based on the calibration curve from the infrared absorption spectrum obtained by the analysis unit;
including
The correspondence of the calibration curve is the concentration of cellulose nanofibers and the first absorption peak within the range of 1237 cm −1 ±10 cm −1 to the reference absorption peak within the range of 1486 cm −1 ±10 cm −1 , 1148 cm −1 . A relationship between the intensity ratio of at least one absorption peak of a second absorption peak within the range of −1 ±10 cm −1 and a third absorption peak within the range of 1104 cm −1 ± 10 cm −1 ,
The calculation unit calculates an intensity ratio of at least one absorption peak of the first absorption peak, the second absorption peak, and the third absorption peak to the reference absorption peak from the infrared absorption spectrum obtained by the analysis unit. and the concentration of cellulose nanofibers is calculated based on the calibration curve .

本実施形態に係る半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法の一態様は、ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する方法であって、セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析し、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線を作成する検量線作成工程と、分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析工程と、前記分析工程で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜に含まれるセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出工程と、を含み、前記検量線作成工程では、前記対応関係が、セルロースナノファイバーの濃度と、1486cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある基準吸収ピークに対する1237cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第1吸収ピーク、1148cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第2吸収ピーク、及び1104cm -1 ±10cm -1 の範囲内にある第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比との関係であり、かつ、前記算出工程では、前記分析工程によって得られた赤外吸収スペクトルから、前記基準吸収ピークに対する前記第1吸収ピーク、前記第2吸収ピーク及び前記第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比を求め、前記検量線に基づいて、セルロースナノファイバーの濃度の算出が行われることを特徴とする。
One aspect of the method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane according to the present embodiment is that the concentration of cellulose nanofibers is more than 0% by mass and 30% by mass or less on a porous support made of polysulfone. A method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable composite membrane provided with a semipermeable membrane, comprising: a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers; The concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used, and the infrared absorption spectrum of the porous support is obtained by irradiating infrared rays from the semipermeable membrane side. A calibration curve creation step of analyzing in advance and creating a calibration curve showing the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum, and the semipermeable composite membrane to be analyzed is irradiated with infrared rays from the semipermeable membrane side. An analysis step of analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support, and from the infrared absorption spectrum obtained in the analysis step, based on the calibration curve, the cellulose nanofibers contained in the semipermeable membrane to be analyzed. a calculation step of calculating the concentration , and in the calibration curve creation step, the correspondence relationship is the concentration of cellulose nanofibers and 1237 cm −1 with respect to a reference absorption peak within the range of 1486 cm −1 ±10 cm −1 At least a first absorption peak within the range of ±10 cm −1 , a second absorption peak within the range of 1148 cm −1 ±10 cm −1 , and a third absorption peak within the range of 1104 cm −1 ±10 cm −1 It is a relationship with the intensity ratio of one absorption peak, and in the calculation step, from the infrared absorption spectrum obtained by the analysis step, the first absorption peak with respect to the reference absorption peak, the second absorption peak and The intensity ratio of at least one of the third absorption peaks is obtained, and the concentration of cellulose nanofibers is calculated based on the calibration curve.

Claims (4)

ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する方法であって、
セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析し、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線を作成する検量線作成工程と、
分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析工程と、
前記分析工程で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜に含まれるセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出工程と、
を含むことを特徴とする、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法。
A semipermeable composite membrane comprising a porous support made of polysulfone and a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and not more than 30% by mass, wherein the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane are A method of measuring concentration, comprising:
For a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used in the preparation of the sample, and the semipermeable membrane is a calibration curve creating step of preliminarily analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support by irradiating infrared rays from the side and creating a calibration curve showing the correspondence relationship between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum;
an analysis step of irradiating the semipermeable composite membrane to be analyzed with infrared rays from the semipermeable membrane side to analyze the infrared absorption spectrum of the porous support;
a calculation step of calculating the concentration of cellulose nanofibers contained in the semipermeable membrane to be analyzed based on the calibration curve from the infrared absorption spectrum obtained in the analysis step;
A method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane, comprising:
請求項1において、
前記検量線作成工程では、前記対応関係が、セルロースナノファイバーの濃度と、1486cm-1±10cm-1の範囲内にある基準吸収ピークに対する1237cm-1±10cm-1の範囲内にある第1吸収ピーク、1148cm-1±10cm-1の範囲内にある第2吸収ピーク、及び1104cm-1±10cm-1の範囲内にある第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比との関係であり、かつ、
前記算出工程では、前記分析工程によって得られた赤外吸収スペクトルから、前記基準吸収ピークに対する前記第1吸収ピーク、前記第2吸収ピーク及び前記第3吸収ピークの少なくとも1つの吸収ピークの強度比を求め、前記検量線に基づいて、セルロースナノファイバーの濃度の算出が行われることを特徴とする、半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度の測定方法。
In claim 1,
In the calibration curve creation step, the correspondence relationship is the concentration of cellulose nanofibers and the first absorption within the range of 1237 cm −1 ±10 cm −1 with respect to the reference absorption peak within the range of 1486 cm −1 ±10 cm −1 a peak, a second absorption peak within the range of 1148 cm −1 ±10 cm −1 , and a third absorption peak within the range of 1104 cm −1 ±10 cm −1 with an intensity ratio of at least one absorption peak. ,And,
In the calculating step, from the infrared absorption spectrum obtained in the analyzing step, the intensity ratio of at least one of the first absorption peak, the second absorption peak and the third absorption peak to the reference absorption peak is calculated. A method for measuring the concentration of cellulose nanofibers in a semipermeable membrane, wherein the concentration of cellulose nanofibers is calculated based on the calibration curve.
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーの濃度が0質量%を超え30質量%以下である半透膜を設けた半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を測定する測定装置であって、
セルロースナノファイバーを含む半透複合膜の試料について、当該試料の作製に用いる少なくとも芳香族多官能アミン及びセルロースナノファイバーの量に基づいて半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を求め、半透膜側から赤外線を照射して多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを予め分析して得られた、セルロースナノファイバーの濃度と赤外吸収スペクトルとの対応関係を示す検量線が記憶されている記憶部と、
分析対象の半透複合膜について、半透膜側から赤外線を照射し、多孔性支持体に係る赤外吸収スペクトルを分析する分析部と、
前記分析部で得られた赤外吸収スペクトルから、前記検量線に基づき、前記分析対象の半透膜中のセルロースナノファイバーの濃度を算出する算出部と、
を含むことを特徴とする、測定装置。
A semipermeable composite membrane comprising a porous support made of polysulfone and a semipermeable membrane having a cellulose nanofiber concentration of more than 0% by mass and not more than 30% by mass, wherein the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane are A measuring device for measuring concentration,
For a sample of a semipermeable composite membrane containing cellulose nanofibers, the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is determined based on the amount of at least the aromatic polyfunctional amine and cellulose nanofibers used in the preparation of the sample, and the semipermeable membrane is A memory storing a calibration curve indicating the correspondence between the concentration of cellulose nanofibers and the infrared absorption spectrum, which is obtained by irradiating infrared rays from the side and analyzing the infrared absorption spectrum of the porous support in advance. Department and
an analysis unit that irradiates the semipermeable composite membrane to be analyzed with infrared rays from the semipermeable membrane side and analyzes the infrared absorption spectrum of the porous support;
a calculation unit that calculates the concentration of cellulose nanofibers in the semipermeable membrane to be analyzed based on the calibration curve from the infrared absorption spectrum obtained by the analysis unit;
A measuring device comprising:
ポリスルホンからなる多孔性支持体上に、セルロースナノファイバーを含む半透膜を形成し、
前記多孔性支持体上に前記半透膜が形成された半透複合膜について、前記半透膜中の前記セルロースナノファイバーの濃度を請求項1または請求項2に記載の測定方法により測定し、
所定のセルロースナノファイバーの濃度の半透膜を有する半透複合膜を得ることを特徴とする、半透複合膜の製造方法。
Forming a semipermeable membrane containing cellulose nanofibers on a porous support made of polysulfone,
For a semipermeable composite membrane in which the semipermeable membrane is formed on the porous support, the concentration of the cellulose nanofibers in the semipermeable membrane is measured by the measuring method according to claim 1 or 2,
A method for producing a semipermeable composite membrane, comprising obtaining a semipermeable composite membrane having a predetermined concentration of cellulose nanofibers.
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